이 ​세상에 빛보다 빠른 것이 있을까?

[박원서]

이 ​세상에 빛보다 빠른 것이 있을까?

이 세상에 빛보다 빠른 것이 있을까?

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"빛보다 더 빨리 이동하는 것은 없다."라는 말을

 들어본 적이 있을 것이다. 실제로 

아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 빛은 

우주의 속도 제한을 설정하지만, 

많은 과학적 개념과 마찬가지로 이것을 

이해하는 것은 그리 간단하지 않다. 

이 아이디어는 대부분의 시나리오에서 

사실이지만 그렇지 않을 수 있는 몇 가지 조건이 있다. 

이 목록은 빛보다 더 빨리 이동할 수 있는 것들에 대한

 여러 이론을 탐구하고 있다. 이 중 일부는 아직 

증명되지 않았지만, 실현 가능한 이론이 많다. 

초광속 운동이 가능한지 궁금하다면? 

사진을 통해 확인해 보도록 하자!

빛의 속도

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빛은 정말 빠르다. 이것은 초당 186,282마일

(초속 약 30만 킬로미터)의 아주 빠른 속도다.

빛의 속도

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인간이 궤도에서 가장 빠른 속도로 이동한 것은 

시속 24,816.1마일(약 39,937.7km/h)의 

아폴로 10호였다.

빛은 왜 이렇게 빠를까?

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빛은 질량이 없는 입자이므로

이러한 속도를 낼 수 있다. 

질량이 이 속도로 이동하려면

엄청난 양의 에너지가 필요하다.

무한한 에너지가 필요하다

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또한 질량은 빛의 속도가 가속함에 따라 증가하므로

 이론적으로는 전체 과정에 연료를 공급하기 위해 

무한한 에너지원이 필요하다.

무한한 관성 질량

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그리고 상황을 더욱 어렵게 만드는 것은 

물체에 저항하는 무한한 관성 질량이다. 

이것 때문에 물체가 빛보다 빠를 수 없을까? 

아니면 물체가 빛보다 빠른게 가능할까?

진공 상태

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아인슈타인의 일반 상대성 이론에 

따르면  빛은 진공 상태에서

 다른 어떤 것보다 빠르게 이동한다. 

그렇다면 빛이 진공 상태에서 

이동하지 않으면 어떻게 될까?

 다음 사진을 통해 알아보자.

물

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빛이 물속을 통과할 때도 마찬가지다. 

임페리얼 칼리지 런던의 이론 물리학자 클라우디아 드 람은

 "빛이 유리나 물방울과 같은 매질을 통과할 때 

빛의 주파수나 색이 다른 속도로 이동한다"고 설명했다.

물

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이는 무지개에서 볼 수 있으며, 

"위쪽은 길고 빠른 빨간색 파장, 

아래쪽은 짧고 느린 보라색 파장"을 

관찰할 수 있다.

물

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따라서 빛은 실제로 물을 통과할 때 속도가 느려진다.

 이것은 빛이 진공을 통과하지 않는 예이며, 

이는 실제로 속도가 변할 수 있음을 의미한다. 

하지만 그 반대가 일어날 수 있을까?

감마선 폭발

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감마선 폭발은 빛보다 더 빠르게 

이동하는 것으로 추정되는 물체의 한 예다

감마선 폭발

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별들은 붕괴하거나 충돌할 때 밝은 폭발을 일으킨다.

 사실 별들은 우주에서 가장 밝은 폭발을 일으킨다.

감마선 폭발

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감마선 폭발의 원인이 된 폭발은 빛의 속도보다 

가스 구름을 더 빠르게 통과할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

 이는 감마선 폭발이 우주의 진공 상태가 아닌 

먼지 구름 속에 존재하기 때문에 가능한 일이다.

감마선 폭발

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예를 들어 빅뱅이 있다. 빅뱅이 일어났을 때 

빈 공간은 빛보다 더 빠르게 확장되었다.

양자 얽힘

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양자 얽힘은 기괴한 장거리 연애와 같다.

 두 아원자 입자가 광년으로 분리되어 

있음에도 불구하고 서로 연결될 수 있다.

양자 얽힘

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이론에 따르면 한 입자에 유도된 변화는 

서로 아무리 멀리 떨어져 있어도 

다른 입자에 영향을 미친다. 그렇다면 

이것은 빛보다 더 빠르게 이동하는 

무언가가 두 입자를 연결한다는 것을 의미할까?

양자 얽힘

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아인슈타인이 말한 이 "유령 같은 원격작용"은 

파악하기 쉽지 않은 개념이지만, 간단히 말해 

이 연결은 빛의 속도보다 빠르게 이동하는 

무언가의 효과라기보다는 무작위성의 산물로 보인다.

웜홀

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속도를 사용하면 특정 시간에 정해진 거리를 건널 수 있다. 

예를 들어 시속 100마일의 속도로 100마일을 이동하면 

그 거리를 이동하는 데 1시간이 걸린다. 

웜홀을 지름길이라고 생각하자. 이 경우

 1시간보다 더 빨리 목적지에 도착할 수 있다.

웜홀

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하지만 주의할 점이 있다. 

우주에서 웜홀을 실제로 본 사람은 아무도 없다.

 하지만 그 이면에 숨겨진 과학은 존재한다

(일부 이론에서는 이를 우주 여행에 

사용할 수 있다고 제안하기도 한다).

웜홀

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두 개의 블랙홀은 잠재적으로

 우주 어딘가에서 서로 연결되어 

시공간을 휘어지게 하는 충분히 

큰 공간을 만들 수 있다.

웜홀

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간단히 말해, 한 구멍으로 당겨져 

다른 블랙홀의 반대편으로 나올 수 있다.

웜홀

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사과와 같은 모양은 웜홀을 시각화하는 

좋은 방법이며, 위를 통과하여 아래로 나온다. 

이 지름길이 빛의 속도보다 빠를 수 있을까? 

잠재적으로 그렇다. 하지만 먼저 웜홀이

실제로 존재한다는 증거가 있어야 한다.

알큐비에레 드라이브

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알큐비에레 워프 드라이브는 우주선이 빛의 속도보다

 더 빠르게 이동할 수 있다는 추측에 가깝다. 

진공 상태에서 이동하기만 하면 된다. 

우주선의 앞쪽 공간이 수축되고 뒤쪽 공간이 확장되면 

우주선은 고립된 랩 버블처럼 이동할 수 있다.

알큐비에레 드라이브

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수학적으로 이 이론은 유효하지만, 

지금까지 랩 버블을 만드는 NASA의 

실험은 결론을 내리지 못했다.

크라스니코프 튜브

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크라스니코프 튜브 이론은 

알쿠비에레 워프 드라이브를 기반으로 한다. 

크라스니코프 튜브는 우주선 뒤에

랩을 만들어 여행할 수 있는 메커니즘이다.

크라스니코프 튜브

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랩을 통해 목적지까지 이동하는 동시에 우주선이

 다시 이동할 수 있는 '튜브'를 만들 수 있다

크라스니코프 튜브

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이 튜브는 시간을 풀어주기 때문에 

수천 년이 걸리는 여정을 불과 몇 년 만에 

초광속 터널을 통과할 수 있다. 

적어도 이론적으로는 말이다

양자 터널링

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일부 입자는 장벽을 뚫고 터널을 뚫을 수 있다. 

1932년에 발견되었지만 1962년에야 

반도체 엔지니어 토마스 하트먼이 

이에 관한 논문을 발표했다.

양자 터널링

©Shutterstock

이는 엄청난 규모였으며 수년 동안 과학자들은 이를 실험해 왔다. 

양자 터널링은 빛보다 더 빠른 여행을 가능하게 하는 것으로 보인다.

출처:

 (Phys.org)  (Livescience)  (Sci News) 

(Space.com)   (Scientific American)